Acceleratori di particelle da record

4,25 Giga-elettronvolt. È questo il valore record dell’energia raggiunta da particelle subatomiche, elettroni in questo caso, accelerate dai ricercatori del Berkeley Lab Laser Accelerator (Bella), utilizzando uno dei più potenti laser disponibili sul pianeta.

Grazie a questo innovativo laser, infatti, che lavora nel range dei petawatt (1015 watt), i ricercatori sono riusciti ad accelerare gli elettroni all’interno di un tubo di plasma lungo solo 9 centimetri. Secondo il team, questo tipo di acceleratori (a laser plasma), abbastanza piccoli da poter esseri posizionati su un tavolo, potrebbe presto rimpiazzare quelli che, come il Large Hadron Collider (Lhc), occupano decine di chilometri sottoterra.

Ma qual è la differenza tra acceleratori tradizionali e acceleratori a laser plasma? Quelli tradizionali, come appunto l’Lhc del Cern, accelerano le particelle tramite la modulazione dei campi elettrici presenti all’interno di una cavità metallica. Questa tecnica è limitata dal fatto che, quando le energie iniziano ad aggirarsi attorno ai 100 mega-elettronvolt (l’elettronvolt è una unità di misura dell’energia definita come l’energia guadagnata dalla carica elettrica di un elettrone che si muove tra due punti di una regione in cui è presente un potenziale elettrostatico, tra i quali vi è una differenza di 1 volt), il metallo rischia di fratturarsi.

Gli acceleratori a laser plasma, invece, funzionano in modo completamente diverso: in questo caso, un fascio laser intermittente viene iniettato in un sottile tubo contenente plasma, un gas ionizzato contenente elettroni e ioni e globalmente neutro. Il laser si irradia attraverso il plasma ed eccita gli elettroni, che vengono così accelerati fino a raggiungere altissime energie.

“Risultati come questi richiedono un controllo accuratissimo del laser e del plasma,” ha spiegato Wim Leemans, direttore della Accelerator Technology and Applied Physics Division del Berkeley Lab e autore principale dello studio, pubblicato su Physical Review Letters. Leemans ha anche aggiunto che questo risultato non sarebbe ottenibile con la maggior parte dei laser disponibili nei laboratori, in quanto essi non sarebbero abbastanza stabili.

I ricercatori hanno anche utilizzato i computer del National Energy Research Scientific Computing Center per eseguire delle simulazioni in grado di aiutarli a capire in che modo diversi parametri potevano influenzare il risultato. “Piccolissimi cambiamenti possono generare enormi perturbazioni,” ha spiegato Eric Esarey, science advisor al Berkeley Lab, “Ci stiamo avvicinando a capire quali sono i modi migliori di controllare l’acceleratore.”

I ricercatori hanno aggiunto infine di sperare di riuscire presto a raggiungere energie doppie di quelle ottenute durante questo esperimento e si augurano che questo record generi attenzione verso gli acceleratori di particelle laser e i loro vari utilizzi.

Riferimenti: Physical Review Letters doi: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.245002
Credits immagine: Roy Kaltschmidt